WO2014015912A1 - Verfahren zum bonden von substraten - Google Patents

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    • H01L2224/83894—Direct bonding, i.e. joining surfaces by means of intermolecular attracting interactions at their interfaces, e.g. covalent bonds, van der Waals forces
    • H01L2224/83896—Direct bonding, i.e. joining surfaces by means of intermolecular attracting interactions at their interfaces, e.g. covalent bonds, van der Waals forces between electrically insulating surfaces, e.g. oxide or nitride layers
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    • H01L2224/83905—Combinations of bonding methods provided for in at least two different groups from H01L2224/838 - H01L2224/83904
    • H01L2224/83907—Intermediate bonding, i.e. intermediate bonding step for temporarily bonding the semiconductor or solid-state body, followed by at least a further bonding step
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    • H01L2924/01051—Antimony [Sb]
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    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1204—Optical Diode
    • H01L2924/12042—LASER
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    • H01L2924/20—Parameters
    • H01L2924/201—Temperature ranges
    • H01L2924/20102—Temperature range 0 C=<T<60 C, 273.15 K =<T< 333.15K

Definitions

  • the present invention relates to a method for bonding a first contact surface of a first, at least for a particular
  • Wavelength range predominantly transparent substrate with a second contact surface of a second, at least for a certain
  • Claim 1 a method for producing a first substrate according to claim 2 eggi n e a method for producing a second substrate according to claim 4.
  • Wavelength range In practice, it is not possible today to optimize the individual layers completely freely with regard to the optimum wavelength range and associated conversion characteristics for the conversion of light into electrical energy, since always with regard to
  • Compatibility of the lattice structure must be compromised. c) Use of more favorable materials: For certain wavelengths it would be desirable to use, for example, silicon or germanium, since these materials would allow an ideal compromise between efficiency and cost. Often, however, the use of these materials is not possible because the lattice structure is not sufficiently compatible with the other structures used in the cell.
  • the object of the present invention is therefore to specify a method with which the production of aforementioned multilayer composites is made more efficient and with more versatile parameters.
  • Value ranges are also within the limits mentioned values as limit values disclosed and be claimed in any combination claimable.
  • the invention is based on the idea, instead of growing the layers, of bonding two substrates and, by bonding, of providing the several layers with different properties (in particular optical).
  • the invention is based in particular on the approach, the individual, located in the cell structure layers, in particular provided for bonding connection layer, on separate substrates in front of a
  • A, in particular independent aspect of the present invention is how these layers can be stacked in an electrically conductive and optically transparent form with a simultaneously inexpensive process.
  • the necessary preparation of the substrates is described.
  • the method described here is suitable for stacking multi-layer solar cells. Alternatively, the method can also for
  • connection layer Electrically conductive, optically transparent bonding interface (interconnection layer),
  • Invention is the use of transparent, conductive oxides for
  • Bonding layer between the substrates is in particular by means of wafer bonding, preferably with a
  • TCO Transparent Conductive Oxides
  • ITO indium tin oxide
  • ITO indium tin oxide
  • doped zinc oxides in particular aluminum-doped zinc oxide (in English: “Aluminum Doped Zinc Oxide” in short: “AZO”), gallium-doped zinc oxide (in English: “Gallium doped Zinc Oxide” in short: “GZO”),
  • any material which is oxidizable, and in particular with appropriate doping, can have the desired properties, in particular electrical conductivity and optical transparency.
  • the material has a conductivity of> 1 Oe 1 S / cm 2 , preferably of 10e2 S / cm 2 and more preferably of> 10e3 S / cm 2 (measured by the usual in semiconductor technology four-point method, based on a temperature of 300K).
  • the optical transmission (transmittance) defined as the percentage of light of a certain wavelength range which is intended to pass through the layer, should be at least> 80%, preferably> 87%, preferably> 93%, through a film of useful thickness more preferably> 96%.
  • wavelength ranges ranging from 300 nm to 1800 nm are preferred for photovoltaic turns. This means that the relevant wavelength range is in any case greater than the wavelength range visible to humans. This is to ensure that the UV component in the light and the TR component in the light into electrical energy
  • the abovementioned transmission values should therefore apply, at least for wavelengths> 600 nm, advantageously> 500 nm and with greater advantage> 400 nm and most advantageously> 350 nm.
  • the transmission values should be particularly for the entire
  • the oxides are applied to the substrates to be bonded, in particular by the following methods:
  • the proportion of oxygen can improve the optical transparency of some of these oxides, it must be ensured that the oxygen content is not too high, otherwise the electrical
  • the bond connection (bonding layer or bonding interface) is produced by depositing a precursor layer structure on the substrates to be bonded. Subsequently, the layers are plasma activated and, in particular at room temperature, joined, whereby a pre-bond (temporary bond) is formed.
  • a pre-bond temporary bond
  • the pre-cursor layer is thawed into a layer of transparent, electrically conductive oxide, simultaneously strengthening the bond.
  • a first module (coating system) is on a first carrier, which is in particular formed by the substrate itself (later
  • Thinning which is due to its crystal structure and its
  • first substrate Surface for growing a first semiconductor layer (first substrate) is suitable, the first semiconductor layer grown. This is done in-situ, that is, without the substrate from the coating system, for the
  • a second carrier which is optimized in terms of crystal structure and surface for the growth of a second semiconductor layer (second substrate)
  • the second semiconductor layer is grown.
  • a TCO layer (second oxide layer) consisting of a selected TCO material is optionally deposited on this layer.
  • a pre-cursor layer (third oxide layer) with the layer thickness D3 is then deposited on this layer TCO 2 "This pre-cursor layer is selected so that the material is not completely oxidized here, but in comparison to the already deposited TCO layer (second oxide layer) has an oxygen deficiency
  • a TCO layer (fourth oxide layer) consisting of the selected TCO material having a thickness D4 is then deposited on this pre-cursor layer.
  • D3 is chosen so large that there is sufficient volume to ensure a sufficiently large increase in volume during the reaction, so that a complete closure of the imperfections in the
  • the layer thickness is chosen to be so low that it is preferred that the entire material contained in this layer be completely oxidized during the process. This is
  • the layer thickness is between 1 and 7 nm. Even more preferably, the layer thickness is between 1 and 5 nm.
  • D4 is chosen so that the layer thickness is sufficiently large to the underlying layer D3 before a reaction in the
  • Substrates should respond to the ambient atmosphere at room temperature for a period of a maximum of 2 hours with advantage less than 20% of the pre-cursor layer. Even better, less than 10% of this pre-cursor layer reacts. Most of all, less than 5% of this pre-cursor layer reacts. This is ensured, in particular, for layer thicknesses of the precursor layer of at least 0.5 to 1 nm. At the same time, however, the layer should be thin enough to allow later diffusing of the educts / starting material from the reservoir (see below). Therefore, the maximum thickness of this layer is advantageously at most 2 to 3 nm. Even more advantageously, the maximum layer thickness is at most 1.5 to 2 nm. Most advantageously, the maximum layer thickness is at most 1 to 1.5 nm. Subsequently, the first substrate is subjected to a plasma activation process to create a reservoir (see below for reservoir formation).
  • a first starting material, in particular H 2 O, embedded in the reservoir diffffs through the optional (in particular likewise plasma-loaded) fourth oxide layer and oxidizes the third oxide layer.
  • the volume of the oxidized material increases, which leads to the closing of the imperfections in the surface (growth layer).
  • one of the carriers could also be a semiconductor wafer, which later becomes part of the final structure.
  • the invention is, with the aid of a capacitively coupled plasma or an inductively coupled plasma or a plasma of a
  • Remote plasma generating a plasma with the aid of a reservoir for receiving a first reactant is provided in a substrate, after contacting or making a provisional bond between the substrates with a second educt, in the other
  • Substrate present reacts and thereby forms an irreversible or permanent bond between the substrates.
  • cleaning of the substrate or substrates in particular by a rinsing step, usually takes place. This cleaning should usually ensure that there are no particles on the surfaces that would result in unbonded areas.
  • a technical possibility is created directly on the contact surfaces after the production of the provisional or reversible bond specifically to induce the permanent bond and the Bondgeschwindi ability increasing Reakti on (first educt or first group with the second reactant or the second group), in particular by deforming at least one of the contact surfaces by the reaction, preferably the contact surface opposite the reservoir.
  • a technical possibility is created directly on the contact surfaces after the production of the provisional or reversible bond specifically to induce the permanent bond and the Bondgeschwindi ability increasing Reakti on (first educt or first group with the second reactant or the second group), in particular by deforming at least one of the contact surfaces by the reaction, preferably the contact surface opposite the reservoir.
  • a growth layer is provided in which the deformation according to the invention takes place or the first starting material (or the first group) reacts with the second starting material (or the second group) present in the reaction layer of the second substrate.
  • To precipitate the reaction between the first Educt (or the first group) and the two educt educt (or the second group) is according to the invention in an advantageous
  • Embodiment is provided, which between the reaction ons Mrs the second substrate and the Reservoir l i egen the Aufw uch sschi cht before contacting the substrates to thin, as hereby by the distance between tween the
  • Reactants is lerbar and simultaneously reduces the
  • inventive deformation / formation of the growth layer is favored.
  • the growth layer is removed by thinning, at least partially, in particular predominantly predominantly, preferably completely.
  • Growth layer grows again in the reaction of the first reactant with the second reactant, even if it was removed completely vol.
  • the thinning of this growth layer could according to the invention, in particular by means of etching, in particular dry etching, polishing Pol, sputtering or reduction of Ox i the erfo. With preference is also a combination of these Ve drive,
  • Growth layer may be provided before contacting the contact surfaces, in particular by passivation of the reaction layer of the second substrate, preferably by application of N 2 , forming gas or an inert Atmosphere or under vacuum or by amorphizing.
  • N 2 forming gas
  • forming gas in particular predominantly of forming gas, has proved particularly suitable.
  • forming gas are gases to understand the
  • the remainder of the mixture consists of an inert gas such as nitrogen or argon.
  • Oxide layer through a process that is based on splinters and oxide reduction, to thin.
  • This can be the oxide growth, which takes place after thinning, minimize.
  • the Prebond strengths are below the permanent bond strengths, at least by a factor of 2 to 3,
  • the pre-bond strengths of pure, non-activated, hydrophilized silicon are about 100 mJ / m and from pure, plasma-activated hydrophilized silicon with ca.200- 300mJ / m mentioned.
  • the prebonds between the substrates wetted with molecules come mainly through the van der Waals
  • Wafer pages Accordingly, especially molecules with permanent dipole moments are suitable for enabling prebonds between wafers.
  • connecting means the following chemical
  • Suitable substrates according to the invention are those substrates whose
  • Material is capable of reacting as reactant with another feed educt to a product having a higher molar volume, whereby the formation of a growth layer on the substrate is effected.
  • Particularly advantageous are the following combinations, wherein the educt is indicated to the left of the arrow and the product / products to the right of the arrow, without naming in detail the feedstock or by-products reacting with the starting material:
  • Fe-Fe 3 C Fe 7 C 3 , Fe 2 C.
  • Nonlinear optics LiNb0 3 , LiTa0 3 , DP (H 2 P0 4 ) - solar cells: CdS, CdSe, CdTe, CuInSe 2 , CuInGaSe 2 , CuInS 2 ,
  • the reservoir (or reservoirs) is provided on at least one of the wafers, directly at the respective contact surface, in which a certain amount of at least one of the wafers
  • fed educts for the volume expansion reaction is storable.
  • Educts can therefore be, for example, O 2 , O 3 , H 2 O, N 2 , NH 3 , H 2 O 2, etc. Due to the expansion, in particular due to oxide growth, due to the efforts of the reaction partners to lower the system energy, any gaps, pores, cavities between the contact surfaces are minimized and the bonding force is increased accordingly by approximating the distances between the substrates in these areas. In the best case, the existing gaps, pores and cavities are completely closed, so that the total bonding area increases and thus increases the bonding force according to the invention accordingly.
  • the contact surfaces usually show a roughness with a
  • R q square roughness
  • the reaction according to the invention is suitable for growing the growth layer by 0.1 to 0.3 nm in a conventional wafer surface of a circular wafer having a diameter of 200 to 300 mm with 1 monolayer (ML) of water.
  • the invention therefore provides, in particular, for storing at least 2 ml, preferably at least 5 ml, more preferably at least 10 ml of fluid, in particular water, in the reservoir. Particularly preferred is the formation of the reservoir by
  • Plasmabeetzschlagung as the addition of plasma also causes a smoothing of the contact surface and a hydrophilization as synergy effects.
  • the smoothing of the surface by plasma activation takes place predominantly by a viscous flow of the material of the oxide layer and optionally of the reaction layer.
  • the increase of the hydrophilicity takes place in particular by the multiplication of the silicon hydroxyl
  • Si-0 compounds such as Si-O-Si, in particular according to
  • Another side effect is that the pre-bond strength, in particular by a factor of 2 to 3, is improved.
  • N 2 gas, O 2 gas or argon gas with ion energies in the range from 0 to 2000 eV (amplitude) is used for the plasma discharge, whereby a reservoir with a depth of up to 20 nm, preferably up to 15 nm, with larger Preferably up to 1 onm, with largest Preferably up to 5nm, the treated surface, in this case the first contact surface, is made.
  • the electrodes are arranged inside the plasma chamber.
  • the execution of the plasma activation system as a capacitively coupled double frequency plasma system advantageously allows a separate setting of the ion density and the acceleration of the ions on the wafer surface.
  • achievable process results can be set in a wide window and optimally adapted to the requirements of the application.
  • the bias voltage is used, in particular in the form of a base voltage of the second, in particular lower, electrode to impact
  • the actual plasma to be used is generated in an external source and introduced into the sample space.
  • components of this plasma are transported into the sample space.
  • the transition of the plasma from the source to the substrate space may be due to different elements such as locks,
  • any type of particle, atoms and / or molecules that are suitable for generating the reservoir can be used according to the invention. It is preferred to use those atoms and / or molecules which produce the reservoir with the required properties. The relevant properties are above all the pore size, pore distribution and pore density.
  • gas mixtures such as air or forming gas consisting of 95% Ar and 5% H 2 can be used.
  • the following ions are present in the reservoir during the plasma deposition: ⁇ +, N 2 +, 0+, O 2 +, Ar +.
  • the first educt is absorbable.
  • the oxide layer and correspondingly the reservoir can extend into the reaction layer.
  • Plasma species that can react with the reaction layer and at least partially, preferably predominantly consist of the first starting material.
  • the second starting material is Si / Si, a ⁇ -plasma species would be advantageous.
  • the formation of the reservoir (s) is based on the following
  • the pore size is less than 10 nm, more preferably less than 5 nm, more preferably less than 1 nm, even more preferably less than 0.5 nm, most preferably less than 0.2 nm.
  • the pore density is preferably directly proportional to the density of the particles which generate the pores by impaction, most preferably even by the partial pressure of the impact species variable, and depending on the treatment time and the parameters, in particular of the plasma system used.
  • the pore distribution preferably has at least one region of greatest pore concentration below the surface, by varying the parameters of a plurality of such regions which become one, preferably
  • the pore distribution decreases with increasing thickness to zero.
  • the near-surface region has a pore density during bombardment, which is almost identical to the pore density near the surface. After the end of the plasma treatment, the pore density at the surface due to
  • the pore distribution in the thickness direction has a steep flank with respect to the surface and with respect to the bulk a rather flatter but steadily decreasing flank (see FIG. 8).
  • the reservoir can be achieved through targeted use and combination of
  • Concentration of injected nitrogen atoms by plasma as a function of the depth of penetration into a silicon oxide layer.
  • Plasma activation allows a reservoir with one possible uniform distribution of introduced ions across the depth
  • Material combinations can be formed. In particular, these are
  • TEOS tetraethyl orthosilicate
  • a compression is advantageous.
  • the compaction is carried out by heat treatment with the aim of setting a defined porosity of the reservoir.
  • the filling of the reservoir can take place simultaneously with the formation of the reservoir by applying the reservoir as a coating on the first substrate, wherein the coating already comprises the first starting material.
  • the reservoir is said to be a porous layer having a porosity in the nanometer range, or a channel having a channel thickness less than 10 nm, more preferably less than 5 nm, even more preferably less than 2 nm, most preferably less than 1 nm, most preferably less than 0.5nm conceivable.
  • Oxide layer on the first substrate is
  • Suitable starting materials are the following compounds: ⁇ + , 0 2 , 0 3 , N 2 , NH 3 , H 2 0, H 2 0 2 and / or NH 4 OH.
  • Hydrogen peroxide also has the advantage of having a greater oxygen to hydrogen ratio. Furthermore dissociated
  • H 2 O offers the advantage of having a small molecule size.
  • the size of the H 2 0 molecule is even smaller than that of the 0 2 molecule, which H 2 0 offers the advantage of being easier to store in the pores, as well as to be able to diffuse easily through the growth layer.
  • coefficient of thermal expansion is the application of methods for dissociation of the aforementioned species advantageous, which are not worth mentioning or possibly cause a local / specific increase in temperature.
  • Dissociation at least favors, preferably causes.
  • the formation of the growth layer and reinforcement of the irreversible bond by diffusion of the first starting material takes place in the reaction layer.
  • Another advantageous heat treatment method is dielectric heating by microwaves.
  • the bond strength can be increased in a particularly advantageous manner by virtue of the fact that in the reaction according to the invention a product having a larger molar volume than the molar volume of the second starting material is formed in the reaction layer. As a result, an increase on the second substrate is effected, whereby gaps between the contact surfaces can be closed by the chemical reaction according to the invention. As a result, the distance between the contact surfaces, so the average distance is reduced and minimized dead space.
  • an activation frequency between 10 kHz and 20,000 kHz, preferably between 10 kHz and 5000 kHz, more preferably between 10 kHz and 1000 kHz, most preferably between 10 kHz and 600 kHz and / or a Power density between 0.075 and 0.2 watts / cm 2 and / or below
  • Pressurization is carried out with a pressure between 0.1 and 0.6 mbar, additional effects such as the smoothing of the contact surface and a significantly increased hydrophilicity of the contact surface is effected.
  • the formation of the reservoir can be carried out according to the invention by using a tetraethoxysilane oxide layer, in particular controlled to a specific porosity, as the oxide layer.
  • the oxide layer predominantly, in particular substantially completely, of one, in particular amorphous, in particular a silicon dioxide produced by thermal oxidation, and the reaction layer of an oxidizable material, in particular predominantly predominantly, preferably substantially completely, Si, Ge, InP, GaP or GaN (or other material mentioned above alternatively).
  • a growth layer in particular predominantly of native silicon dioxide (or another, above
  • the growth layer is subject to growth caused by the reaction of the present invention.
  • the growth proceeds from the transition Si-SiO 2 (7)
  • a temperature between 200 and 400 ° C preferably in about 200 ° C and 150 ° C, preferably a temperature between 150 ° C and 100 ° C, most preferably a temperature between 100 ° C and room temperature.
  • the growth layer can be divided into several growth areas. The growth layer can simultaneously an oxide layer of the second
  • the growth layer has an average thickness A between 0.1 nm and 5 nm before the formation of the irreversible bond.
  • the thinner the growth layer the faster and easier the reaction between the first and the second educt takes place through the growth layer, in particular by diffusion of the first starting material through the growth layer to the reaction layer.
  • the thinning according to the invention plays a decisive role, since the reaction can be further accelerated and / or the temperature can be further reduced.
  • the thinning can be carried out in particular by etching, preferably in a moist atmosphere, more preferably in situ.
  • the thinning is carried out in particular by dry etching,
  • in situ means the implementation in one and the same chamber in which at least one previous and / or one
  • Another Plant arrangement which falls under the in-situ term used here, is a plant in which the transport of the substrates between individual
  • the growth layer consists of silicon dioxide can be etched with hydrofluoric acid or dilute hydrofluoric acid.
  • the growth layer consists of pure Si can be etched with KOH.
  • the formation of the reservoir is carried out in a vacuum.
  • contamination of the reservoir with undesirable materials or compounds can be avoided.
  • the reservoir is preferably in a thickness R between 0.1 nm and 25 nm, more preferably between 0.1 nm and 15 nm, even more preferably between 0.1 nm and 10 nm , is formed with the greatest preference between 0.1 nm and 5 nm.
  • Reaction layer immediately before the formation of the irreversible bond between 0, 1 nm and 15 nm, in particular between 0.5 nm and 5 nm, preferably between 0.5 nm and 3 nm.
  • the distance B is influenced or produced according to the invention by the thinning.
  • a device for carrying out the method according to the invention is provided with a chamber for forming the reservoir and a chamber, in particular separately provided for filling the reservoir and a,
  • the filling of the reservoir can also be done directly through the atmosphere, either in a chamber that can be opened to the atmosphere or a ach on a structure that has no sheath but the wafer semi- and / or
  • Multi-layer solar cell or still or under the English term known "multi-junction solar cells” is therefore particularly advantageous.
  • the individual layers are stacked vertically one above the other in the solar cell.
  • Incident light first triggers the topmost layer, which is optimized to convert light having a particular, first wavelength range into electrical energy.
  • Light having a wavelength range which is largely incapable of processing in this layer penetrates this first layer and strikes the underlying second layer, which is optimized to process a second wavelength range and thereby produce electrical energy.
  • the underlying second layer which is optimized to process a second wavelength range and thereby produce electrical energy.
  • Multilayer cells make it possible for light having a wavelength range, which can also largely not be processed in this second layer, to strike an underlying third layer, which is optimized for processing light with a third wavelength range and converting it into electrical energy.
  • n a large number of such layers is possible.
  • the Pra is such cells are constructed so that the uppermost layer in which incident light penetrates first, that wavelength range with the shortest wavelength processed.
  • the second layer the next shorter wavelength range and so on.
  • He is inventively not only a two-layer structure conceivable but three or more layers are feasible. It is provided, the layers vertically electrically conductive, ie with the lowest possible resistance and optically transparent to each other connect.
  • the deposition of the layers is carried out in particular by so-called “Metalorganic Chemical Vapor Deposition", in short “MO CVD” processes, wherein the deposition of the two active layers of the
  • multiple cells are deposited "in situ", that is to say without the substrates being exposed to the normal ambient atmosphere between the deposition processes, with barrier layers (second or fourth oxide layer) and / or between the active layers being preferred
  • Buffer layers (second or fourth oxide layer) are introduced, which improve the quality of the resulting cell.
  • Figure 1 is a schematic view of an embodiment of
  • FIG. 1 shows only a cross-sectional section of a first contact surface 3 of a first substrate 1 and a second contact surface 4 of a second substrate 2.
  • the first substrate 1 and the second substrate 2 are held by the attractive force of the hydrogen bonds between the OH groups present on the surface and the H 2 O molecules as well as between the H 2 O molecules alone, inter alia by van-dcr Waals Forces and / or hydrogen bonds.
  • the hydrophilicity of at least the first substrate 1 has been increased by a plasma treatment in a previous step.
  • the plasma treatment takes place in a plasma chamber which can be acted upon with plasma and vacuum and / or a defined gas atmosphere and which can be provided in a separate module of a corresponding system.
  • With a vacuum and / or a defined gas atmosphere can be acted upon means that pressures below 1 mbar are adjustable and controllable.
  • gas N 2 is used at a pressure of 0.3 mbar in the embodiment described here.
  • the second substrate 2 or the second contact surface 4 is additionally subjected to a plasma treatment, in particular simultaneously with the plasma treatment of the first substrate 1.
  • a reservoir 5 has been formed in an oxide layer 6 consisting of the selected TCO.
  • a semiconductor 7 immediately adjoins the oxide layer 6, which may optionally also serve as a reaction layer, inter alia, which contains a second educt or a second group of educts.
  • the semiconductor 7 is temporarily supported by a carrier 8 in the embodiment shown.
  • the second substrate 2 is composed of a fourth oxide layer 9 on the second contact surface 4, followed immediately by a third oxide layer 10 (precursor layer), which in turn is immediately followed by a second oxide layer 11.
  • the oxide layer 10 (pre-cursor layer) consists in particular of a TCO in which components which are not completely oxidized are contained, so that the layer has an oxygen volume Si which is smaller than the maximum oxygen volume S max which would be contained in the layer if the entire volume were completely oxidized.
  • a TCO in which components which are not completely oxidized are contained
  • the second oxide layer 11 is fixedly connected to a semiconductor 12 of the second substrate 2, which in turn is temporarily fixed on a carrier 13.
  • the semiconductor 12 serves in particular as a reaction layer which contains a second educt or a second group of educts.
  • Reaction layers (semiconductor 7, 12) is formed by the reaction of the first reactant with the second starting material, a growth layer.
  • This reaction has a volume increase result, since the reaction product of the first starting material and the pre-cursor layer has a higher molar volume.
  • the oxide layers 6, 9, 10 and 11 together form a bonding layer 14 after bonding.
  • This bonding layer in a preferred embodiment after the reaction advantageously consists of a homogeneous material which essentially corresponds to the same TCO from which the originally deposited oxide layers 9, 11 and 6 consist.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bonden einer ersten Kontaktfläche (3) eines ersten, zumindest überwiegend transparenten Substrats (1) mit einer zweiten Kontaktfläche (4) eines zweiten, zumindest überwiegend transparenten Substrats (2), wobei an mindestens einer der Kontaktflächen zum Bonden ein Oxid verwendet wird, aus dem eine zumindest überwiegend transparente Verbindungsschicht ( 14) mit: einer elektrischen Leitfähigkeit von mindestens 10e1 S/cm2 (Messung: Vierpunktmethode, bezogen auf Temperatur von 300K) und einem optischen Transmissionsgrad größer 0,8 (für einen Wellenlängenbereich von 400 nm bis 1500 nm) an der ersten und zweiten Kontaktfläche (3, 4) ausgebildet wird.

Description

Verfahren zum Bonden von Sub straten
B e s c h r e i b u n g
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bonden einer ersten Kontaktfläche eines ersten, zumindest für einen bestimmten
Wellenlängenbereich überwiegend transparenten Substrats mit einer zweiten Kontaktfläche eines zweiten , zumindest für einen bestimmten
Well enlängenbereich überwi egend transparenten S ubstrats gemäß
Anspruch 1 , ein Verfahren zum Herstellen eines ersten Substrats gemäß Anspruch 2 sowi e ei n Verfahren zum Herstellen eines zweiten Substrats gemäß Anspruch 4.
Die gattungsgemäßen Verfahren dienen insbesondere zur Herstellung von mehrschichtigen Halbleiter-, Glas- oder Karamikverbunden. Eine besonders wichtige Anwendung betrifft die Herstellung von photovoltaischen
Mehrschichtzellen.
Eine der Hauptlimitierungen in der Herstellung von Mehrschichtzellen ist die Inkompatibilität der Gitterstrukturen der einzelnen Halbleitermaterialien hinsichtlich ihrer Dimension und Form. Dies führt bei der Herstellung der einzelnen Schichten durch direktes Aufwachsen der Schichten aufeinander zu Defekten in der, damit realisierten Halbleiterschicht. Diese Defekte beeinträchtigen die Qualität der erzeugten Schicht und insbesondere dem erzielbaren Wirkungsgrad für di e Umwandlung von Licht in elektrische Energie. Daraus resultieren in der Praxis Einschränkungen hinsichtlich folgender Parameter:
a) Anzahl der realisierbaren aktiven Schichten im Aufbau. Dies ist aufgrund der oben beschriebenen Problematik heute auf 2 bis maximal drei Schichten begrenzt.
b) Optimierung der einzelnen Schichten hinsichtlich optimalem
Wellenlängenbereich. In der Praxis ist es heute nicht möglich, die einzelnen Schichten völlig frei hinsichtlich dem optimalen Wellenlängenbereich und damit assoziierten Umwandlungscharakteristiken für die Umwandlung von Licht in elektrische Energie zu optimieren, da immer hinsichtlich
Kompatibilität der Gitterstruktur Kompromisse eingegangen werden müssen. c) Einsatz günstigerer Materialien: Für bestimmte Wellenlängen wäre es wünschenswert, beispielsweise Silizium oder Germanium einzusetzen, da diese Materialien einen idealen Kompromiss zwischen Wirkungsgrad und Kosten erlauben würden. Häufig ist der Einsatz dieser Materialien jedoch nicht möglich, da die Gitterstruktur nicht ausreichend kompatibel mit den anderen, in der Zelle verwendeten Strukturen ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Herstellung von vorgenannten Mehrschichtverbunden effizienter und mit vielseitigeren Parametern ermöglicht wird.
Diese Au gabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 2 und 4 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen auch sämtliche
Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren angegebenen Merkmalen. Bei angegebenen
Wertebereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart gelten und in beliebiger Kombination beanspruchbar sein. Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, statt eines Aufwachsens der Schichten zwei Substrate zu Bonden und durch das Bonden die mehreren Schichten mit verschiedenen Eigenschaften (insbesondere optischen) versehen zu können.
Der Erfindung liegt dabei insbesondere der Ansatz zugrunde, die einzelnen, im Zellenaufbau befindlichen Schichten, insbesondere die zum Bonden vorgesehene Verbindungsschicht, auf separaten Substraten vor einer
Kontaktierung herzustellen und erst später zu stapeln/bonden. Damit können die einzelnen Schichten auf dafür optimierten Wachstumssubstraten
hergestellt werden. Dies ist insbesondere mittels Aufwachsen durch MOCVD möglich.
Ein, insbesondere eigenständiger Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, wie diese Schichten in einer elektrisch leitfähigen und optisch transparenten Form mit einem gleichzeitig kostengünstigen Prozess gestapelt werden können. Darüber hinaus wird die, dafür notwenige Vorbereitung der Substrate beschrieben.
Das dabei beschriebene Verfahren eignet sich mit Vorzug für das Stapeln von Mehrschichtsolarzellen. Alternativ kann das Verfahren aber auch zur
Erzeugung jeglicher anderer Strukturen und Bauteile eingesetzt werden, bei denen optisch transparente und elektrisch leitfähige Verbindungen zwischen beliebigen (insbesondere optischen) Materialien, insbesondere
Halbleitermaterialien, Gläsern und Keramiken notwendig sind. In diesem Segment ergeben sich zunehmend mehr Anwendungen aufgrund der stark steigenden Bedeutung von Festkörper-Lichtquellen wie LEDs und Laser in einer Vielzahl von Anwendungen wie Beleuchtung, Kommunikation,
Materialbearbeitung. Auch im Segment der Displayfertigung gewinnen neue, innovative Fertigungstechnologien zunehmend an Bedeutung, da zusätzliche Funktionen wie Berührungsdetektion (Feedback im Bereich von Touch Screens, etc.) in Displays integriert werden sollen. Vorteile der Erfindung sind vor allem:
Elektrisch Leitfähiges, optisch transparentes Bonding-Interface (Verbindungsschicht),
Sehr dünne, roboste und langzeit-stabile Schicht(en),
Temperaturbeständige Schicht(en) und
hohe Effizienz (schnell & kostengünstig in der Herstellung)
Ein zentraler, insbesondere eigenständiger Aspekt der vorliegenden
Erfindung ist die Nutzung von transparenten, leitfähigen Oxiden zur
Herstellung der elektrisch leitfähigen und optisch transparenten
V erbindungsschicht zwischen den Substraten. Die Verbindung wird insbesondere mittels Wafer Bonding, bevorzugt mit einem
Direktbond verfahren und noch bevorzugter einem Direktbond verfahren mit
Plasma- Aktivierung hergestellt.
Als transparente, elektrisch 1 ei t fähigen Oxide (auf Englisch auch
„Transparent Conductive Oxides" oder kurz„TCO" genannt) wird insbesondere Indium-Zinn-Oxid (Englisch:„Indium-tin-oxide" oder kurz „ITO") eingesetzt. Nachfolgend soll hier die Abkürzung ITO für Indium- Zinn-Oxid verwendet werden. ITO findet breite Anwendung in der
Herstellung von LCD Displays, wo es als optisch transparenter elektrischer Leiter zum Einsatz kommt. Alternativ werden folgende Materialen verwendet:
- dotierte Zink-Oxide, insbesondere Aluminium-dotiertes Zink-Oxid (Englisch:„Aluminum doped Zinc Oxide" kurz:„AZO"), Gallium dotiertes Zink-Oxid (Englisch:„Gallium doped Zinc Oxide" kurz: „GZO"),
- Fluor-dotierte Zinn-Oxide (Englisch:„Fluorine Tin Oxide" kurz: „FTO"), sowie
- Antimon -Zinn-Oxid (Englisch:„Antimony Tin Oxide" kurz:„ATO") Grundsätzlich kann jedes Material, das oxidierbar ist, und insbesondere mit entsprechender Dotierung die gewünschten Eigenschaften, insbesondere elektrische Leitfähigkeit und optische Transparenz aufweist, verwendet werden.
Erfindungsgemäß wird in diesem Zusammenhang von elektrischer
Leifähigkeit gesprochen, wenn das Material eine Leitfähigkeit von > 1 Oe 1 S/cm2, bevorzugt von 10e2 S/cm2 und noch bevorzugter von >10e3 S/cm2 (gemessen mit der in der Halbleitertechnologie üblichen Vierpunktmethode, bezogen auf eine Temperatur von 300K) verfügt. Die optische Transmission (Transmissionsgrad), definiert als jener Prozentsatz des Lichtes, eines bestimmten W ellenlängenbereiches, der verwendungs gemäß die Schicht passieren soll, soll durch einen Film mit verwendungsgemäßer Dicke mindestens >80%, mit Vorteil >87%, bevorzugt >93% und noch bevorzugter >96% betragen.
Erfindungsgemäß sind Wellenl ngenbereiche, die von 300nm bis 1800nm reichen, bevorzugt für PhotovVoltaikan Wendungen. Das heißt, dass der relevante Wellenlängenbereich jedenfalls größer ist als der für Menschen sichtbare Wellenlängenbereich. Dies soll gewährleisten, dass auch der UV Anteil im Licht und der TR Anteil im Licht in elektrische Energie
umgewandelt werden können. Da bei einer Mehrschicht-Solarzelle die oberste Schicht bereits einen Teil des Spektrums verarbeitet, und somit in elektrische Energie umwandelt, ist es akzeptabel, wenn die Bondverbindung einen etwas kleineren Wellenlängenbereich aufweist, in dem sie Transmission zulässt. Insbesondere sollen daher die oben genannten Transmissions werte zumindest für Wellenlängen > 600 nm, mit Vorteil >500 nm und mit größerem Vorteil >400 nm und mit allergrößtem Vorteil >350 nm gelten. Weiters sollen die Transmissionswerte insbesondere auch für den gesamten
Wellenlängenbereich ausgehend von der minimalen Wellenlänge bis maximal 1300 nm, mit Vorteil bis maximal 1500 nm, mit größerem Vorteil bis maximal 1700 nm und mit allergrößtem Vorteil bis maximal 1800 nm gelten. Die Oxide werden erfindungsgemäß insbesondere mittels folgender Verfahren auf die zu verbindenden Substrate aufgebracht:
- MO CVD, Metal Organic Molecular Beam Deposition,
Spray Pyrolyse, Pulsed Laser Deposition (PLD) oder
- Aufsputtern.
Um die gewünschten Eigenschaften der Schichten zu gewährleisten, ist es erfindungsgemäß kritisch, das richtige Mischungsverhältnis zu gewährleisten. Insbesondere der Anteil von Sauerstoff kann bei einigen dieser Oxide die optische Transparenz verbessern, wobei sichergestellt werden muss, dass der Sauerstoffanteil nicht zu hoch ausfällt, da ansonsten die elektrische
Leitfähigkeit reduziert wird.
Generell wird die Bondverbindung (Verbindungsschicht, auch Bonding- Interface) hergestellt, indem auf die zu verbündenden Substrate ein Pre- cursor Schichtaufbau abgeschieden wird. Anschließend werden die Schichten plasmaaktiviert und, insbesondere bei Raumtemperatur, gefügt, wodurch ein Pre-Bond (temporärer Bond) entsteht. Während dem darauf folgenden
Wärmebehandlungsprozess (Annealing) wird der Pre-Cursor- Schichtauftau in eine Schicht bestehend aus transparentem, elektrisch leitfähigem Oxid umgewandelt, wobei gleichzeitig die Bondverbindung gestärkt wird.
Eine erfindungsgemäße, insbesondere eigenständige, Ausführungsform des Verfahrens wird anhand zweier Halbleiterwafer (erstes und zweites Substrat) beschrieben. Das Verfahren kann aber analog auch auf jegliche andere, optisch spezifische Materialkombination angewendet werden.
In einem ersten Modul (Beschichtungsanlage) wird auf einem ersten Träger, welcher insbesondere durch das Substrat selbst gebildet ist (spätere
Rückdünnung), der sich aufgrund seiner Kristallstruktur und seiner
Oberfläche zum Aufwachsen einer ersten Halbleitcrschicht (erstes Substrat) eignet, die erste Halbleiterschicht aufgewachsen. Darauf wird in-situ, das heißt, ohne das Substrat aus der Beschichtungsanlage, die für das
Aufwachsen der Halbleiterschicht verwendet wurde, herauszunehmen, eine Schicht (erste Oxidschicht) des ausgewählten TCO abgeschieden. Der in-situ Prozess gewährleistet, dass dieses TCO direkt am Halbleiter anhaften kann, ohne dass dieser ein Oxid bilden könnte, welches die elektrische
Leitfähigkeit beeinflussen würde. Dies ist insbesondere dann gewährleistet, wenn das Substrat in-situ in der (aus weiteren Modulen bestehenden) Anlage in einer Schutzatmosphäre transportiert wird, die möglichst frei von oxidierenden Elementen in der Atmosphäre ist. Dies ist insbesondere in Atmosphären gewährleistet, die weitgehend frei von Sauerstoff und Wasser sind. Mit Vorzug wird dies durch Ausgestaltung der Anlage mit Hochvakuum Atmosphäre gewährleistet, in der der Druck weniger als 1 e-5 mbar, bevorzugt weniger als le-6 mbar und mit größtem Vorzug weniger als le-7 mbar beträgt.
Auf einem zweiten Träger, der hinsichtlich Kristallstruktur und Oberfläche für das Aufwachsen einer zweiten Halbleiterschicht (zweites Substrat) optimiert ist, wird die zweite Halbleiterschicht aufgewachsen. In-situ wird auf dieser Schicht optional eine TCO Schicht (zweite Oxidschicht) bestehend aus einem ausgewählten TCO-Material abgeschieden.
Auf dieser Schicht TCO 2" wird anschließend eine Pre-Cursor Schicht (dritte Oxidschicht) mit der Schichtdicke D3 abgeschieden. Diese Pre-Cursor Schicht ist so gewählt, dass hier das Material noch nicht vollständig oxidiert ist, sondern im Vergleich zur bereits abgeschiedenen TCO Schicht (zweite Oxidschicht) einen Sauerstoffmangel aufweist. Insbesondere fehlen
mindestens >30%, mit Vorzug mindestens >45% und mit noch größerem Vorzug mind. >60%, mit allergrößtem Vorzug >75% des Sauerstoffvolumens Smax, das für eine vollständige Oxidation notwendig wäre. Auf dieser Pre-Cursor-Schicht wird anschließend optional eine TCO Schicht (vierte Oxidschicht) bestehend aus dem gewählten TCO Material mit einer Dicke D4 abgeschieden.
D3 wird dabei so groß gewählt, dass ausreichend Volumen vorhanden ist, um während der Reaktion später einen ausreichend großen Volumenanwuchs zu gewährleisten, so dass ein vollständiges Schließen der Fehlstellen im
Bonding Interface gewährleistet ist. Gleichzeitig wird die Schichtdicke so gering gewählt, dass mit Vorzug das gesamte, in dieser Schicht enthaltene Material während des Prozesses vollständig oxidiert wird. Dies ist
insbesondere für Schichtdicken mit einer Dicke von 1 bis 10 nm
gewährleistet. Mit Vorzug liegt die Schichtdicke zwischen 1 bis 7 nm. Mit noch größerem Vorzug liegt die Schichtdicke zwischen 1 und 5 nm.
D4 wird dabei so gewählt, dass die Schichtdicke ausreichend groß ist, um die darunter liegende Schicht D3 vor einer Reaktion in der
Umgebungsatmosphäre zu schützen. Insbesondere soll weitgehend verhindert werden, dass die Pre-Cursorschicht mit Sauerstoff oder Feuchtigkeit aus der Umgebungsatmo Sphäre reagiert, insbesondere oxidiert. Unter weitgehend ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass bei einem Aussetzen des
Substrates gegenüber der Umgebungsatmosphäre bei Raumtemperatur für eine Dauer von maximal 2 Stunden mit Vorteil weniger als 20% der Pre-Cursor- Schicht reagieren soll. Mit noch größerem Vorteil reagieren weniger als 10% dieser Pre-Cursor-Schicht. Mit allergrößtem Vorteil reagieren weniger als 5% dieser Pre-Cursor-Schicht. Dies ist insbesondere für Schichtdicken der Pre- Cursorschicht von mindestens 0,5 bis 1 nm gewährleistet. Gleichzeitig soll die Schicht jedoch dünn genug sein, um später ein Diffundieren der Edukte / des Edukts aus dem Reservoir (siehe weiter unten) zu erlauben. Daher ist die maximale Dicke dieser Schicht mit Vorteil maximal 2 bis 3 nm. Mit noch größerem Vorteil liegt die maximale Schichtdicke bei maximal 1 ,5 bis 2 nm. Mit allergrößtem Vorteil liegt die maximale Schichtdicke bei maximal 1 bis 1 ,5 nm. Anschließend wird das erste Substrat einem Plasma Aktivierungsprozess unterzogen, um ein Reservoir zu erzeugen (Reservoirbildung siehe weiter unten).
Anschließend werden die Substrate bei Raumtemperatur verbondet, Dabei stellen Van-der-Waals Kräfte sicher, dass die Substrate schon bei
Raumtemperatur aneinander haften. Während einem späteren Annealing Prozess difffundiert ein in dem Reservoir eingelagertes erstes Edukt, insbesondere H20, durch die optionale (insbesondere ebenfalls vorher mit Plasma beaufschlagte) vierte Oxidschi cht Schicht und oxidiert die dritte Oxidschicht. Dadurch steigt das Volumen des oxidierten Materials, was zum Schließen der Fehlstellen in der Oberfläche führt (Aufwuchsschicht).
Anschließend können optional einer oder beide der Träger - soweit
vorhanden - entfernt werden. Alternativ könnte auch einer der Träger ebenfalls ein Halbleiterwafer sein, der später Teil der finalen Struktur wird.
Ein weiterer - insbesondere eigenständiger - Aspekt der vorliegenden
Erfindung ist es, mit Hilfe eines kapazitiv gekoppelten Plasmas oder eines induktiv gekoppelten Plasmas oder einem Plasma aus einer
Remoteplasmaanlage ein Plasma zu erzeugen, mit dessen Hilfe ein Reservoir zur Aufnahme eines ersten Edukts in einem Substrat geschaffen wird, das nach der Kontaktierung beziehungsweise Herstellung eines vorläufigen Bonds zwischen den Substraten mit einem zweiten Edukt, das in dem anderen
Substrat vorliegt, reagiert und dadurch einen irreversiblen beziehungsweise permanenten Bond zwischen den Substraten ausbildet. Vor oder nach der Ausbildung des Reservoirs in einer Oxidschicht an der ersten Kontaktfläche findet meist eine Reinigung des oder der Substrate, insbesondere durch einen Spülschritt, statt. Diese Reinigung soll zumeist sicherstellen, dass sich keine Partikel auf den Oberflächen befinden, die ungebondete Stellen zur Folge haben würden. Durch das Reservoir und das im Reservoir enthaltene Edukt wird eine technische Möglichkeit geschaffen, unmittelbar an den Kontaktflächen nach der Herstellung des vorläufigen beziehungsweise reversiblen Bonds gezielt eine den permanenten Bond verstärkende und die Bondgeschwindi gkeit erhöhende Reakti on (erstes Edukt oder erste Gruppe mit dem zweiten Edukt oder der zweiten Gruppe) zu induzieren , insbesondere durch Verformun g mindestens ei ner der Kontaktflächen durch die Reaktion , vorzugsweise der dem Reservoir gegenüberliegenden Kontaktfläche. An der gegenüberliegenden zweiten Kontaktfläche ist erfindungsgemäß eine
Aufwuchsschicht vorgesehen, in der die erfindungsgemäße Verformung stattfindet beziehungsweise das erste Edukt (oder die erste Gruppe) mit dem in der Reaktionsschi cht des zwei ten Substrats vorl iegenden zweiten Edukt (oder der zweiten Gruppe) reagi ert. Zur Beschl eunigung der Reaktion zwischen dem ersten Edukt (oder der ersten Gruppe) und dem zwei ten Edukt (oder der zweiten Gruppe) ist erfindungsgemäß in einer vorteilhaften
Ausführungsform vorgesehen, die zwischen der Reakti onsschicht des zwe iten Substrats und dem Reservoir l i egen de Aufw uch sschi cht vor Kontakti erung der Substrate zu dünnen, da h ierdurch der Abstand zw i schen den
Reaktionspartnern einstel lbar verringert wird und gleichzeitig die
erfindungsgemäße Verformung/Ausbildung der Aufwuchsschicht begünstigt wird. Di e Aufwuchsschicht wird durch das Dünnen zumindest tei lweise, insbesondere überwi egend, vorzugsweise vol l ständi g, ent fernt. Di e
Aufwuchsschicht wächst bei der Reaktion des ersten Edukts mit dem zweiten Edukt wieder an , auch wenn diese vol lständig entfernt wurde. Das Dünnen dieser Aufwuchsschicht könnte erfindungsgemäß insbesondere mittels Ätzen, insbesondere Trockenätzen, Pol ieren, Sputtern oder Reduktion von Ox i den erfo lgen . Mit Vorzug ist auch eine Kombination dieser Ve fahren,
insbesonderer Sputtern und Oxidreduktion, denkbar,
Er fin dun gs gemäß können M i ttel zur Hemmung des Anwachsens der
Aufwuchs Schicht vor dem Kontaktieren der Kontaktflächen vorgesehen sein , insbesond ere durch Passivierung der Reaktionssch icht des zweiten Substrats, vorzugsweise durch Beaufschlagung m it N2, Formiergas oder einer inerten Atmosphäre oder unter Vakuum oder durch Amorphisieren. Als besonders geeignet hat sich in diesem Zusammenhang eine Behandlung mit Plasma, welches Formiergas enthält, insbesondere überwiegend aus Formiergas besteht, erwiesen. Als Formiergas sind hier Gase zu verstehen, die
mindestens 2%, besser 4%, idealerweise 10% oder 15% Wasserstoff
enthalten. Der restliche Anteil der Mischung besteht aus einem inerten Gas wie beispielsweise Stickstoff oder Argon.
Bei der Verwendung von Formiergas ist es insbesondere möglich, die
Oxidschicht durch einen Prozess, der auf Splittern und Oxidreduktion beruht, zu dünnen.
Alternativ oder zusätzlich zu dieser Maßnahme ist es erfindungsgemäß von Vorteil, die Zeit zwischen dem Dünnen und der ontaktierung zu minimieren, insbesondere <2 Stunden, vorzugsweise <30 Minuten, noch bevorzugter <15 Minuten, idealerweise <5 Minuten. Damit lässt sich das Oxidwachstum, welches nach dem Dünnen erfolgt, minimieren.
Durch die gedünnte und dadurch zumindest beim Beginn der Ausbildung des permanenten Bonds beziehungsweise beim Beginn der Reaktion sehr dünne Aufwuchsschicht wird die Diffusionsrate der Edukte durch die
Aufwuchs Schicht hindurch erhöht. Dies führt zu einer geringeren
Transportzeit der Edukte bei gleicher Temperatur.
Für den Pre- Bonding- Schritt zur Erzeugung eines vorläufigen oder
reversiblen Bonds zwischen den Substraten sind verschiedene Möglichkeiten vorgesehen mit dem Ziel, eine schwache Interaktion zwischen den
Kontaktflächen der Substrate zu erzeugen. Die Prebondstärken liegen dabei unter den Permanentbondstärken, zumindest um den Faktor 2 bis 3,
insbesondere um den Faktor 5, vorzugsweise um den Faktor 15, noch bevorzugter um den Faktor 25. Als Richtgrößen werden die Pre-Bondstärken von reinem, nicht aktiviertem, hydrophilisierten Silizium mit ca. 100mJ/m und von reinem, plasmaaktivierten hydrophiliserten Silizium mit ca.200- 300mJ/m erwähnt. Die Prebonds zwischen den mit Molekülen benetzten Substraten kommen hauptsächlich durch die van-der- Waals
Wechselwirkungen zwischen den Molekülen der unterschiedlichen
Waferseiten zustande. Dementsprechend sind vor allem Moleküle mit permanenten Dipolmomenten dafür geeignet, Prebonds zwischen Wafern zu ermöglichen. Als Verbindungsmittel werden folgende chemische
Verbindungen beispielhaft, aber nicht einschränkend, genannt
- Wasser,
- Tiole,
- AP3000,
- Silane und/oder
- Silanole
Als erfindungsgemäße Substrate sind solche Substrate geeignet, deren
Material in der Lage ist, als Edukt mit einem weiteren zugeführten Edukt zu einem Produkt mit einem höheren molaren Volumen zu reagieren, wodurch die Bildung einer Aufwuchsschicht auf dem Substrat bewirkt wird. Besonders vorteilhaft sind die nachfolgenden Kombinationen, wobei jeweils links vom Pfeil das Edukt und rechts vom Pfeil das Produkt / die Produkte genannt ist, ohne das mit dem Edukt reagierende zugeführte Edukt oder Nebenprodukte im Einzelnen zu benennen:
- Si->Si02, Si3N4, SiNxOy
- Ge-> Ge02, Ge3N4
- a-Sn- Sn02
- B- B203, BN
- Se- Se02
- Te-> Te02, Te03
- Mg^ MgO, Mg3N2
- AI-» A1203, A1N - Ti^ Ti02, TiN
- V205
- Mn^ nO, Mn02, Mn203, Mn207, Mn304
- Fe -» FeO, Fe203, Fe304
- Co^ CoO, Co304,
- Ni-> NiO, Ni203
- Cu-> CuO Cu20, Cu3N
- Zn^ ZnO
- Cr-» CrN, Cr23C6, Cr3C, Cr7C3, Cr3C2
Figure imgf000014_0001
- Ti^> TiC
- Nb^ Nb4C3
- Ta~> Ta4C3
- Zr-> ZrC
- Hf^ HfC
- V- V4C3, VC
- W-» W2C, WC
- Fe- Fe3C, Fe7C3, Fe2C.
- In -> ln203
- Sn -» Sn202
- Sn -» SnO
- Zn -» ZnO
- AI -» A1203
Als Substrate sind außerdem folgende Mischformen von Halbleitern denkbar:
- III-V: GaP, GaAs, InP, InSb, InAs, GaSb, GaN, AIN, InN, AlxGat- xAs, InxGa]-xN
- IV-IV: SiC, SiGe,
- III-VI: InAlP.
- nichtlineare Optik: LiNb03, LiTa03, DP ( H2P04) - Solarzellen: CdS, CdSe, CdTe, CuInSe2, CuInGaSe2, CuInS2,
CuInGaS2
- Leitende Oxide: ln2-xSnx03-y
Erfindungsgemäß wird das Reservoir (oder die Reservoirs) an mindestens einem der Wafer, und zwar unmittelbar an der jeweiligen Kontaktfläche, vorgesehen, in welchem eine gewisse Menge mindestens eines der
zugeführten Edukte für die Volumenexpansionsreaktion speicherbar ist.
Edukte können also beispielsweise 02, 03, H20, N2, NH3, H202 etc. sein. Durch die Expansion, insbesondere bedingt durch Oxidwachstum, werden auf Grund der Bestrebung der Reaktionspartner, die Systemenergie abzusenken, etwaige Lücken, Poren, Hohlräume zwischen den Kontaktflächen minimiert und die Bondkraft entsprechend durch Annäherung der Abstände zwischen den Substraten in diesen Bereichen erhöht. Im bestmöglichen Fall werden die vorhandenen Lücken, Poren und Hohlräume komplett geschlossen, sodass die gesamte Bondingfläche zunimmt und damit die Bondkraft erfindungsgemäß entsprechend steigt.
Die Kontaktflächen zeigen üblicherweise eine Rauhigkeit mit einer
quadratischen Rauheit (Rq) von 0,2 nm auf. Dies entspricht Scheitel-Scheitel- W erten der Oberflächen im Bereich von 1 nm. Diese empirischen Werte wurden mit der Atomic Force Microscopy (AFM) ermittelt.
Die erfindungsgemäße Reaktion ist geeignet, bei einer üblichen Wa erfläche eines kreisförmigen Wafers mit einem Durchmesser von 200 bis 300 mm mit 1 Monolage (ML) Wasser die Aufwuchsschicht um 0, 1 bis 0,3 nm wachsen zu lassen.
Erfindungsgemäß ist daher insbesondere vorgesehen, mindestens 2 ML, vorzugsweise mindestens 5 ML, noch bevorzugter mindestens 10 ML Fluid, insbesondere Wasser, im Reservoir zu speichern. Besonders bevorzugt ist die Ausbildung des Reservoirs durch
Plasmabeaufschlagung, da durch die Plasmabeaufschlagung außerdem eine Glättung der Kontaktfläche sowie eine Hydrophilisierung als Synergieeffekte bewirkt werden. Die Glättung der Oberfläche durch Plasmaaktivierung erfolgt vorwiegend durch einen viskosen Fluss des Materials der Oxidschicht und gegebenenfalls der Reaktionsschicht. Die Erhöhung der Hydrophilizität erfolgt insbesondere durch die Vermehrung der Siliziumhydroxyl
Verbindungen, vorzugsweise durch Cracken von an der Oberfläche
vorhandenen Si-0 Verbindungen wie Si-O-Si, insbesondere gemäß
nachfolgender Reaktion:
Si-O-Si + H20 2SiOH
Für andere Oberflächen kann ganz generell gesagt werden, dass eine
Erhöhung der Dichte der freistehenden OH Verbindungen stattfindet, was eine verbesserte Hydrophilizität zur Folge hat.
Ein weiterer Nebeneffekt, insbesondere als Folge der vorgenannten Effekte, besteht darin, dass die Pre-Bond-Stärke, insbesondere um einen Faktor 2 bis 3, verbessert wird.
Die Ausbildung des Reservoirs in der Oxidschicht an der ersten
Kontaktfläche des ersten Substrats (und gegebenenfalls einer Oxidschicht an der zweiten Kontaktfläche des zweiten Substrats) erfolgt beispielsweise durch Plasmaaktivierung des mit einem thermischen Oxid beschichteten ersten Substrats. Die Plasmaaktivierung wird in einer Vakuumkammer durchgeführt, um die für das Plasma erforderlichen Bedingungen einstellen zu können. Erfindungsgemäß wird für die Plasmaentladung N2-Gas, 02-Gas oder Argongas mit lonenenergien im Bereich von 0 bis 2000 eV (Amplitude) verwendet, wodurch ein Reservoir mit einer Tiefe von bis zu 20 nm, vorzugsweise bis zu 15 nm, mit größerem Vorzug bis zu 1 Onm, mit größtem Vorzug bis zu 5nm, der behandelten Oberfläche, in diesem Fall der ersten Kontaktfläche, hergestellt wird.
Durch Einstellung eines bestimmten Drucks in der Vakuumkammer ist eine Einflussnahme beziehungsweise Einstellung der mittleren freien Weglänge für die Plasmaionen erfindungsgemäß denkbar.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung zweier unterschiedlicher
Frequenzen an den gegenüberliegenden Elektroden zur Erzeugung des Plasmas, die insbesondere unter Anlegen eines Wechselstroms
beziehungsweise einer Wechselspannung die Plasmaionen beschleunigen, und/oder einer induktiv gekoppelten Plasmaquelle und/oder einem
Remoteplasma sind reproduzierbare Ergebnisse bei der Erzeugung des Reservoirs an der/den Kontaktflächen möglich.
Im Falle der kapazitiven Kopplung ist es vorteilhaft, wenn die Elektroden innerhalb der Plasmakammer angeordnet sind.
Dabei wird durch Einstellung der Parameter (unterschiedliche) Frequenzen der Elektroden, Amplituden, einer, insbesondere, vorzugsweise
ausschließlich, an der zweiten Elektrode angelegten Biasspannung und Kammerdruck eine optimale Beaufschlagung der Kontaktflächen und somit Erzeugung eines exakt, insbesondere volumenmäßig und/oder tiefenmäßig definierten Reservoirs ermöglicht.
Die Ausführung der Plasmaaktivierungsanlage als kapazitiv gekoppelte Doppel frequenz- Plasmaanlage ermöglicht mit Vorteil ein getrenntes Einstellen der lonendichte und der Beschleunigung der Ionen auf die Waferoberfläche. Somit lassen sich erzielbare Prozessergebnisse in einem breiten Fenster einstellen und optimal an die Erfordernisse der Anwendung anpassen. Die Biasspannung dient, insbesondere in Form einer Grundspannung der zweiten, insbesondere unteren, Elektrode dazu, das Auftreffen
(Geschwindigkeit) der Elektroden auf die Kontaktfläche des auf der zweiten Elektrode aufgenommenen Substrats zu beeinflussen, insbesondere zu dämpfen oder zu beschleunigen.
Durch die vorgenannten Parameter wird insbesondere die
Porendichteverteilung im Reservoir einstellbar, wobei nachfolgend besonders vorteilhafte Ausführungsformen beschrieben werden.
Bei einer induktiv gekoppelten Plasmaquelle können entsprechende
Analogieüberlegungen über die Wechselspannung der kapazitiven Kopplung auf Wechselströme, die zur Erzeugung eines magnetischen Feldes genutzt werden, übernommen werden. Erfindungsgemäß ist es denkbar, das Plasma der induktiv gekoppelten Plasmaquelle durch einen Wechselstrom bzw.
magnetisches Wechselfeld unterschiedlicher Stärke und/oder Frequenz so zu manipulieren, dass das Plasma entsprechende erfindungsgemäße
Eigenschaften aufweist.
Bei einem Remoteplasma, wird das eigentlich zu verwendende Plasma in einer externen Quelle erzeugt, und in den Probenraum eingeführt.
Insbesondere werden Bestandteile dieses Plasmas, insbesondere Ionen, in den Probenraum transportiert. Der Übergang des Plasmas vom Quellen- in den Substratraum kann durch unterschiedliche Elemente wie Schleusen,
Beschleuniger, magnetische und/oder elektrische Linsen, Blenden etc.
gewährleistet werden. Alle für das kapazitiv und/oder induktiv gekoppelte Plasma geltenden Überlegungen bezüglich Frequenzen und/oder Stärken der elektrischen und/oder magnetischen Felder soll für sämtliche Elemente, welche die Erzeugung und/oder den Übergang des Plasmas vom Quellen- in den Substratraum gewährleisten gelten. Denkbar wäre beispielsweise, dass ein Plasma durch kapazitive oder induktive Kopplung durch die erfindungsgemäßen Parameter im Quellenraum erzeugt wird und danach über die oben offenbarten Elemente in den Substratraum eindringt.
Erfindungsgemäß können jede Partikelart, Atome und/oder Moleküle, verwendet werden, die geeignet sind, das Reservoir zu erzeugen. Mit Vorzug werden jene Atome und/oder Moleküle verwendet, welche das Reservoir mit den benötigten Eigenschaften erzeugt. Die relevanten Eigenschaften sind vor allem die Porengröße, Porenverteilung und Porendichte. Alternativ können erfindungsgemäß Gasmischungen, wie beispielsweise Luft oder Formiergas bestehend aus 95% Ar und 5% H2 verwendet werden. Abhängig von dem verwendeten Gas sind in dem Reservoir während der Plasmabchandlung unter anderem folgende Ionen anwesend: Ν+, N2+, 0+, 02+, Ar+. Im nicht belegten Frei räum des/der Reservoirs ist das erste Edukt aufnehmbar. Die Oxidschicht und entsprechend das Reservoir kann sich bis in die Reaktionsschicht hinein erstrecken.
Mit Vorteil handelt es sich dabei um unterschiedliche Arten von
Plasmaspezies, die mit der Reaktionsschicht reagieren können und zumindest teilweise, vorzugsweise überwiegend aus dem ersten Edukt bestehen. Soweit das zweite Edukt Si/Si ist, wäre eine Οχ-Plasmaspezies vorteilhaft.
Die Ausbildung des/der Reservoirs erfolgt auf Grund folgender
Überlegungen:
Die Porengröße ist kleiner als lOnm, mit Vorzug kleiner als 5nm, mit größerem Vorzug kleiner als 1 nm, mit noch größerem Vorzug kleiner als 0.5nm, mit größtem Vorzug kleiner als 0.2nm.
Die Porendichte ist mit Vorzug direkt proportional zur Dichte der Partikel, welche die Poren durch Einschlagwirkung erzeugen, mit größtem Vorzug sogar durch den Partialdruck der Einschlagspezies variierbar, sowie abhängig von der Behandlungszeit und den Parametern, insbesondere des verwendeten Plasmasystems. Die Porenverteilung besitzt mit Vorzug mindestens einen Bereich größter Porenkonzentration unter der Oberfläche, durch Variation der Parameter mehrerer solcher Bereiche, welche sich zu einem, vorzugsweise
plateauförmigen Bereich, überlagern (siehe Fig.8). Die Porenverteilung nimmt mit zunehmender Dicke gegen null ab. Der oberflächennahe Bereich besitzt während des Beschüsses eine Porendichte, welche mit der Porendichte nahe der Oberfläche beinahe ident ist. Nach dem Ende der Plasmabehandlung kann die Porendichte an der Oberfläche auf Grund von
Spannungsrelaxationsmechanismen verringert werden. Die Porenverteilung in Dickenrichtung besitzt bezüglich der Oberfläche eine steile Flanke und bezüglich des Bulks eine eher flachere, aber stetig abnehmende Flanke (siehe Fig.8).
Für die Porengröße, die Porenverteilung und Porendichte gelten für alle nicht mit Plasma hergestellten Verfahren ähnliche Überlegungen.
Das Reservoir kann durch gezielte Verwendung und Kombination von
Prozessparametern designed werden. Fig.8 zeigt eine Darstellung der
Konzentration eingeschossener Stickstoffatome durch Plasma als Funktion der Eindringtiefe in eine Siliziumoxidschicht. Durch V ariation der
physikalischen Parameter konnten zwei Profile erzeugt werden. Das erste Profil 11 wurde durch stärker beschleunigte Atome tiefer im Siliziumoxid erzeugt, wohingegen das Profil 12, nach Abänderung der Prozessparameter in einer geringeren Dichte erzeugt wurde. Die Überlagerung beider Profile ergibt eine Summenkurve 13, welche charakteristisch für das Reservoir steht. Der Zusammenhang zwischen der Konzentration der eingeschossenen Atom und/oder Molekülspezies ist evident. Höhere Konzentrationen bezeichnen Gebiete mit höherer Defektstruktur, also mehr Raum um das anschließende Edukt aufzunehmen. Eine kontinuierliche, insbesondere gezielt gesteuerte kontinuierliche Änderung der Prozessparameter während der
Plasmaaktivierung ermöglicht es, ein Reservoir mit einer möglichst gleichmäßigen Verteilung der eingebrachten Ionen über die Tiefe zu
erreichen. Diese Überlegungen gelten analog ebenfalls für andere Schichten als Siliziumoxid, in welchen das Reservoir im Falle anderer
Materialkombinationen gebildet werden kann. Insbesondere sind diese
Überlegungen auch für TCO Schichten anwendbar.
Als Reservoir ist alternativ zu einem durch Plasma erzeugten Reservoir die Verwendung einer TEOS (Tetraethylorthosilikat)-Oxidschicht auf mindestens einem der Substrate, zumindest dem ersten Substrat, denkbar. Dieses Oxid ist im allgemeinen weniger dicht als thermisches Oxid, weshalb
erfindungsgemäß eine Verdichtung vorteilhaft ist. Die Verdichtung erfolgt durch Wärmebehandlung mit dem Ziel einer Einstellung einer definierten Porosität des Reservoirs.
Besonders vorteilhaft kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Auffüllung des Reservoirs gleichzeitig mit der Ausbildung des Reservoirs erfolgen, indem das Reservoir als Beschiehtung auf dem ersten Substrat aufgebracht wird, wobei die Beschiehtung das erste Edukt bereits umfasst.
Das Reservoir ist als poröse Schicht mit einer Porosität im Nanometerb ereich oder als Kanäle aufweisende Schicht mit einer Kanaldicke kleiner lOnm, mit größerem Vorzug kleiner als 5 nm, mit noch größerem Vorzug kleiner als 2nm, mit größtem Vorzug kleiner als 1 nm, mit allergrößtem Vorzug kleiner als 0.5nm denkbar.
Für den Schritt des Auffüllens des Reservoirs mit dem ersten Edukt oder einer ersten Gruppe von Edukten sind erfindungsgemäß folgende
A us führungs formen, auch in Kombination, denkbar:
- Aussetzen des Reservoirs gegenüber der Umgebungsatmosphäre,
- Spülung mit, insbesondere deionisiertem, Wasser, - Spülen mit einem das Edukt enthaltenden oder aus diesem bestehenden Fluid, insbesondere H20, H202, NH40H
- Aussetzen des Reservoirs gegenüber einer beliebigen Gasatmosphäre, insbesondere atomares Gas, molekulares Gas, Gasmischungen,
- Aussetzen des Reservoirs gegenüber einer Wasserdampf oder
Wasserstoffperoxiddampf enthaltenden Atmosphäre und
- Ablagerung eines bereits mit dem Edukt befüllten Reservoirs als
Oxidschicht au f dem ersten Substrat.
Als Edukte kommen die folgenden Verbindungen in Frage: Οχ+, 02, 03, N2, NH3, H20, H202 und/oder NH4OH.
Die Verwendung des oben angeführten Wasserstoffperoxiddampfes wird neben der Verwendung von Wasser als bevorzugte Variante angesehen.
Wasserstoffperoxid hat des Weiteren den Vorteil, ein größeres Sauerstoff zu Wasserstoffverhältnis zu besitzen. Des Weiteren dissoziiert
Wasserstoffperoxid über bestimmten Temperaturen und/oder der Verwendung von Hochfrequenzfeldern im MHz Bereich zu Wasserstoff und Sauerstoff.
Andererseits bietet H20 den Vorteil, eine kleine Molekülgröße aufzuweisen. Die Größe des H20-Moleküls ist sogar kleiner als jene des 02-Moleküls, womit H20 den Vorteil bietet, leichter in den Poren eingelagert werden zu können, sowie leichter durch die Aufwuchsschicht hindurch diffundieren zu können.
Vor allem bei Verwendung von Materialien mit unterschiedlichen
thermischen Ausdehnungskoeffizienten ist die Anwendung von Verfahren zur Dissoziierung der vorgenannten Spezies vorteilhaft, die keine nennenswerte oder allenfalls eine lokale/spezifische Temperaturerhöhung bewirken.
Insbesondere ist eine Mikrowellenbestrahlung vorgesehen, welche die
Dissoziierung zumindest begünstigt, vorzugsweise bewirkt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ausbildung der Aufwuchsschicht und Verstärkung des irreversiblen Bonds durch Diffusion des ersten Edukts in die Reaktionsschicht erfolgt.
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ausbildung des irreversiblen Bonds bei einer
Temperatur von typischerweise weniger als 300°C, mit Vorteil von weniger als 200°C, mit größerem Vorzug weniger als 150°C, mit noch größerem
Vorzug weniger als 100°C, mit größtem Vorzug bei Raumtemperatur insbesondere während maximal 12 Tage, bevorzugter maximal 1 Tag, noch bevorzugter maximal 1 Stunde, am bevorzugtesten maximal 15 Minuten, erfolgt. Eine weitere, vorteilhafte Wärmebehandlungsmethode ist die dielektrische Erwärmung durch Mikrowellen.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der irreversible Bond eine
Bondstärke von größer 1 ,5 J/m2, insbesondere größer 2 J/m2, vorzugsweise größer 2,5 J/m2 aufweist.
Die Bondstärke kann in besonders vorteilhafter Weise dadurch erhöht werden, dass bei der Reaktion erfindungsgemäß ein Produkt mit einem größeren molaren Volumen als das molare Volumen des zweiten Edukts in der Reaktionsschicht gebildet wird. Hierdurch wird ein Anwachsen am zweiten Substrat bewirkt, wodurch Lücken zwischen den Kontaktflächen durch die erfindungsgemäße chemische Reaktion geschlossen werden können. Als Folge hieraus wird der Abstand zwischen den Kontaktflächen, also der mittlere Abstand, reduziert und Toträume minimiert. Soweit die Ausbildung des Reservoirs durch Plasmaaktivierung, insbesondere mit einer Aktivierungsfrequenz zwischen 10 kHz und 20000 kHz, mit Vorzug zwischen 10 kHz und 5000 kHz, noch bevorzugter zwischen 10 kHz und 1000 kHz, mit größtem Vorzug zwischen 10 kHz und 600 kHz und/oder einer Leistungsdichte zwischen 0,075 und 0,2 Watt/cm2 und/oder unter
Druckbeaufschlagung mit einem Druck zwischen 0,1 und 0,6 mbar, erfolgt, werden zusätzliche Effekte wie die Glättung der Kontaktfläche als auch eine deutlich erhöhte Hydrophilität der Kontaktfläche bewirkt.
Alternativ dazu kann die Ausbildung des Reservoirs erfindungsgemäß durch Verwendung einer, insbesondere kontrolliert auf eine bestimmte Porosität verdichteten, Tetraethoxysilan-Oxidschicht als Oxidschicht erfolgen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Oxidschicht überwiegend, insbesondere im wesentlichen vollständig, aus einem, insbesondere amorphen, insbesondere einem durch thermische Oxidation erzeugten Siliziumdioxid, und die Reaktionsschicht aus einem oxidierbaren Material, insbesondere überwiegend, vorzugsweise im wesentlichen vollständig, aus Si, Ge, InP, GaP oder GaN (oder einem anderen, oben alternativ erwähnten Material), bestehen. Durch Oxidation wird eine besonders stabile und die vorhandenen Lücken besonders effektiv schließende Reaktion ermöglicht.
Dabei ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass zwischen der zweiten
Kontaktfläche und der Reaktionsschicht eine Aufwuchsschicht, insbesondere überwiegend aus nativem Siliziumdioxid (oder einem anderen, oben
alternativ erwähnten Material), vorgesehen ist. Die Aufwuchsschicht unterliegt einem durch die erfindungsgemäße Reaktion bewirkten Wachstum. Das Wachstum erfolgt ausgehend vom Übergang Si-Si02 (7) durch
Neubildung von amorphem Si02 und dadurch hervorgerufener Verformung, insbesondere Ausbeulung, der Aufwuchsschicht, insbesondere an der
Grenzfläche zur Reaktionsschicht, und zwar insbesondere in Bereichen von Lücken zwischen der ersten und der zweiten Kontaktfläche. Hierdurch wird eine Reduzierung des Abstands beziehungsweise Verringerung des Totraums zwischen den beiden Kontaktflächen bewirkt, wodurch die Bondstärke zwischen den beiden Substraten erhöht wird. Besonders vorteilhaft ist dabei eine Temperatur zwischen 200 und 400°C, bevorzugt in etwa 200°C und 150° C, bevorzugterweise eine Temperatur zwischen 150°C und 100°C, am bevorzugtesten eine Temperatur zwischen 100°C und Raumtemperatur. Die Aufwuchsschicht kann dabei in mehrere Aufwuchsbereiche unterteilt sein. Die Aufwuchsschicht kann gleichzeitig eine Oxidschicht des zweiten
Substrats sein, in der ein weiteres, die Reaktion beschleunigendes Reservoir ausgebildet wird.
Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Aufwuchsschicht vor der Ausbildung des irreversiblen Bonds eine mittlere Dicke A zwischen 0,1 nm und 5 nm aufweist. Je dünner die Aufwuchs Schicht, desto schneller und einfacher erfolgt die Reaktion zwischen dem ersten und dem zweiten Edukt durch die Aufwuchsschicht hindurch, insbesondere durch Diffusion des ersten Edukts durch die Aufwuchsschicht hindurch zur Reaktionsschicht. Durch die gedünnte und dadurch zumindest beim Beginn der Ausbildung des
permanenten Bonds beziehungsweise beim Beginn der Reaktion sehr dünne Aufwuchsschicht wird die Diffusionsrate der Edukte durch die
Aufwuchsschicht hindurch erhöht. Dies führt zu einer geringeren
Transportzeit der Edukte bei gleicher Temperatur.
Hier spielt das erfindungsgemäße Dünnen eine entscheidende Rolle, da die Reaktion hierdurch weiter beschleunigt und/oder die Temperatur weiter reduziert werden können. Das Dünnen kann insbesondere durch Ätzen, vorzugsweise in feuchter Atmosphäre, noch bevorzugter in-situ, erfolgen. Alternativ erfolgt das Dünnen insbesondere durch Trockenätzen,
vorzugsweise in-situ. In-situ bedeutet hier die Durchführung in ein und derselben Kammer, in der mindestens ein vorheriger und/oder ein
nachfolgender Schritt durchgeführt wird/werden. Eine weitere Anlagenanordnung, die untern den, hier verwendeten in-situ Begriff fällt ist eine Anlage, bei der der Transport der Substrate zwischen einzelnen
Prozesskammern in einer kontrolliert einstellbaren Atmosphäre,
beispielsweise unter Verwendung inerter Gase, insbesondere aber in Vakuum Umgebung erfolgen kann. Nassätzen findet mit Chemikalien in der
Dampfphase statt, währen Trockenätzen mit Chemikalien im flüssigen
Zustand stattfindet. Soweit die Aufwuchsschicht aus Siliziumdioxid besteht, kann mit Flusssäure oder verdünnter Flusssäure geätzt werden. Soweit die Aufwuchsschicht aus reinem Si besteht, kann mit KOH geätzt werden.
In vorteilhafter Weise ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Ausbildung des Reservoirs im Vakuum durchgeführt wird. Somit können Verunreinigungen des Reservoirs mit nicht erwünschten Materialien oder Verbindungen vermieden werden.
In einer weiteren Ausführungs orm der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass das Auffüllen des Reservoirs durch einen oder mehrere der nachfolgend aufgeführten Schritte erfolgt:
- Aussetzen der ersten Kontaktfläche gegenüber der Atmosphäre, zur
Auffüllung des Reservoirs mit Luftfeuchtigkeit und / oder in der Luft enthaltenem Sauerstoff.
- Beaufschlagung der ersten Kontaktfläche mit einem, insbesondere
überwiegend, vorzugsweise nahezu vollständig, aus, insbesondere
deionisiertem, H20 und/oder H202 bestehenden, Fluid,
- Beaufschlagung der ersten Kontaktfläche mit N2-Gas und/oder 02-Gas und/oder Ar-Gas und/oder Formiergas, insbesondere bestehend aus 95% Ar und 5% H2, insbesondere mit einer Ionenenergie im Bereich von 0 bis 2000 eV. - Bedampfung zur Auffüllung des Reservoirs mit einem beliebigen bereits genannten Edukt.
Besonders effektiv für den Verfahrensablauf ist es, wenn das Reservoir mit Vorzug in einer Dicke R zwischen 0,1 nm und 25 nm, mit größerem Vorzug zwischen 0,1 nm und 15 nm, mit noch größerem Vorzug zwischen 0,1 nm und 10 nm, mit größtem Vorzug zwischen 0,1 nm und 5 nm ausgebildet wird.
Weiterhin ist es gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorteilhaft, wenn der mittlere Abstand B zwischen dem Reservoir und der
Reaktionsschicht unmittelbar vor der Ausbildung des irreversiblen Bonds zwischen 0, 1 nm und 15 nm, insbesondere zwischen 0,5 nm und 5 nm, vorzugsweise zwischen 0,5 nm und 3 nm beträgt. Der Abstand B wird erfindungsgemäß durch das Dünnen beeinflusst beziehungsweise hergestellt.
Eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens ist erfindungsgemäß mit einer Kammer zur Ausbildung des Reservoirs und einer, insbesondere separat dazu vorgesehenen Kammer zur Füllung des Reservoirs und einer,
insbesondere separat vorgesehenen Kammer zur Ausbildung des Pre-Bonds ausgebildet, die direkt über ein V akuumsystem miteinander verbunden sind.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Auffüllen des Reservoirs auch direkt über die Atmosphäre erfolgen, also entweder in einer Kammer, die zur Atmosphäre hin geöffnet werden kann oder ein ach auf einem Aufbau, welcher keine Ummantelung besitzt aber den Wafer semi- und/oder
vollautomatisch handhaben kann.
Die Nutzung der Sonnenenergie mittels Photovoltaik Anlagen gewinnt zunehmend an Bedeutung, da fossile Energieträger mittelfristig knapp werden und außerdem ein erhebliches Umweltproblem in der Gewinnung und der Nutzung, insbesondere durch den Beitrag zum Treibhauseffekt darstellen. Um die Konkurrenzfähigkeit von Photovoltaik aus rein wirtschaftlicher Sicht zu stärken ist es notwendig, den Wirkungsgrad der Umwandlung von Licht in elektrische Energie bei gleichen Kosten oder maximal moderater Kostensteigerung zu verbessern. Dabei sind dem möglichen Wirkungsgrad jedoch Grenzen gesetzt. Diese Grenzen resultieren primär aus der
Einschränkung, dass ein einzelnes Halbleitermaterial nur Licht mit einem eingeschränkten Wellenlängenbereich verarbeiten und in elektrische Energie umwandeln kann.
Eine Verwendung der vorliegenden Erfindung für die Herstellung von
Mehrschichtsolarzelle oder noch oder unter dem Englischen Ausdruck bekannten„Multi-Junction Solar Cells" ist daher besonders vorteilhaft.
Bei diesen liegen die einzelnen Schichten vertikal übereinander gestapelt in der Solarzelle. Einfallendes Licht tri fft zuerst die oberste Schicht, die dafür optimiert ist, Licht mit einem bestimmten, ersten Wellenlängenbereich in elektrische Energie umzuwandeln. Licht mit einem Wellenlängenbereich der weitgehend nicht in dieser Schicht verarbeitet werden kann, durchdringt diese erste Schicht und trifft auf die darunterliegende zweite Schicht, die dafür optimiert ist, einen zweiten Wellenlängenbereich zu verarbeiten und damit elektrische Energie zu produzieren. Optional ist es in diesen
Mehrschichtzellen möglich, dass Licht mit einem Wellenlängenbereich, der auch in dieser zweiten Schicht weitgehend nicht verarbeitet werden kann, auf eine darunterliegende dritte Schicht tri fft, die dafür optimiert ist, Licht mit einem dritten Wellenlängenbereich zu verarbeiten und in elektrische Energie umzuwandeln. Man kann sich vorstellen, dass rein theoretisch eine Vielzahl (n) solcher Schichten möglich ist. In der Pra is sind derartige Zellen so aufgebaut, dass die oberste Schicht, in das einfallende Licht als erstes eindringt, jenen Wellenlängenbereich mit der kürzesten Wellenlänge verarbeitet. Die zweite Schicht, den nächst kürzeren Wellenlängenbereich und so weiter. Dabei ist er findungs gemäß nicht nur ein zweischichtiger Aufbaus denkbar sondern drei oder mehr Schichten sind realisierbar. Dabei ist es vorgesehen, die Schichten vertikal elektrisch leitfähig, d.h. mit einem möglichst geringen Widerstand und optisch transparent miteinander zu verbinden. Das Abscheiden der Schichten erfolgt dabei insbesondere durch sogenannte„Metalorganic Chemical Vapor Deposition", kurz„MO CVD" Prozesse, wobei das Abscheiden der beiden aktiven Schichten der
Mehrfachzelle insbesondere„in-situ", das heißt ohne die Substrate zwischen den Abscheideprozessen der normalen Umgebungsatmosphäre auszusetzen, abgeschieden werden. Mit Vorzug werden zwischen die aktiven Schichten auch Sperrschichten (zweite oder vierte Oxidschicht) und/oder
Pufferschichten (zweite oder vierte Oxidschicht) eingebracht, die die Qualität der resultierenden Zelle verbessern.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:
Figur 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung kurz vor dem Kontaktieren eines ersten Substrats mit einem zweiten Substrat.
Gleiche oder gleichwirkende Merkmale sind mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In der in Figur 1 dargestellten Situation, die nur einen Querschnittsabschnitt einer ersten Kontaktfläche 3 eines ersten Substrats 1 und einer zweiten Kontaktfläche 4 eines zweiten Substrats 2 zeigt. Die Oberflächen der
Kontaktflächen 3, 4 sind mit polaren OH-Gruppen terminiert und
entsprechend hydrophil. Das erste Substrat 1 und das zweite Substrat 2 werden durch die Anziehungskraft der Wasserstoffbrücken zwischen den an der Oberfläche vorhandenen OH-Gruppen und den H20-Molekülen sowie zwischen den H20-Molekülen allein gehalten, unter anderem durch van-dcr- Waals-Kräfte und/oder Wasserstoffbrücken. Die Hydrophilizität zumindest des ersten Substrats 1 ist in einem vorangegangenen Schritt durch eine Plasmabehandlung erhöht worden. Die Plasmabehandlung erfolgt in einer mit Plasma und Vakuum und/oder einer definierten Gasatmosphäre beaufschlagbaren Plasmakammer, die in einem eigenen Modul einer entsprechenden Anlage vorgesehen sein kann. Mit Vakuum und/oder einer definierten Gasatmosphäre beaufschlagbar heißt, dass Drücke unter 1 mbar einstellbar und steuerbar sind. Als Gas wird beim hier beschriebenen Ausführungsbeispiel N2 bei einem Druck von 0,3 mbar verwendet.
Besonders vorteilhaft ist es, gemäß der alternativen Ausführungsform zusätzlich das zweite Substrat 2 beziehungsweise die zweite Kontaktfläche 4 einer Plasmabehandlung zu unterziehen, insbesondere gleichzeitig mit der Plasmabehandlung des ersten Substrats 1.
Durch die Plasmabehandlung ist erfindungsgemäß ein Reservoir 5 in einer aus dem ausgewählten TCO bestehenden Oxidschicht 6 ausgebildet worden. Unter der Oxidschicht 6 schließt sich unmittelbar ein Halbleiter 7 an, der unter anderem optional auch als Reaktionsschicht dienen kann an, die ein zweites Edukt oder eine zweite Gruppe von Edukten enthält. Durch die Plasmabehandlung mit N2-Ionen mit der oben genannten Ionenenergie wird eine mittlere Dicke R des Reservoirs 5 von etwa 15 nm erreicht, wobei die Ionen des Plasmas Kanäle beziehungsweise Poren in der Oxidschicht 6 ausbilden. Das Reservoir wird mit einem ersten Edukt aufgefüllt, das mit dem zweiten Edukt reagiert.
Der Halbleiter 7 wird bei der gezeigten Ausführungsform durch einen Träger 8 temporär gestützt.
Das zweite Substrat 2 besteht an der zweiten Kontaktfläche 4 aus einer vierten Oxidschicht 9, unmittelbar gefolgt von einer dritten Oxidschicht 10 (Precursor- Schicht), diese wiederum unmittelbar gefolgt von einer zweiten Oxidschicht 11. Die Oxidschicht 10 (Pre-Cursor-Schicht) besteht insbesondere aus einem TCO, in dem nicht vollständig oxidierte Komponenten enthalten sind, so dass die Schicht ein Sauerstoffvolumen Si aufweist, das kleiner als das maximalen Sauerstoffvolumen Smax ist, welches in der Schicht enthalten wäre, wenn das gesamte Volumen vollständig oxidiert wäre. Insbesondere ist das
Sauerstoffvolumen Si maximal 70% von Smax Mit Vorteil liegt dieser
Prozentsatz bei 55%, mit größerem Vorteil bei 40% und mit allergrößtem Vorteil bei 25%.
Die zweite Oxidschicht 11 ist fest mit einem Halbleiter 12 des zweiten Substrats 2 verbunden, der wiederum auf einem Träger 13 temporär fixiert ist.
Der Halbleiter 12 dient insbesondere als Reaktionsschicht, die ein zweites Edukt oder eine zweite Gruppe von Edukten enthält.
Jeweils zwischen den Oxidschichten 6, 9, 10, 11 und optional den
Reaktionsschichten (Halbleiter 7, 12) wird durch die Reaktion des ersten Edukts mit dem zweiten Edukt eine Aufwuchsschicht gebildet.
In einer bevorzugten Ausführungsform reagiert das, in dem i der
Oxidschicht 6 gebildeten Reservoir 5 eingelagerte erste Edukt mit der Pre- Cursor-Schicht 10. Diese Reaktion hat eine Volumen erhöhung zur Folge, da das Reaktionsprodukt aus dem ersten Edukt und der Pre-Cursor-Schicht ein höheres molares Volumen aufweist.
Durch Vergrößerung des molaren Volumens und Diffusion der H20-Moleküle wächst insbesondere an der Grenzfläche zwischen den Oxidschichten 9 und 10 Volumen jeweils in Form der Aufwuchsschicht an, wobei wegen des Ziels einer Minimierung der freien Gibb'schen Enthalpie ein verstärktes
Anwachsen in Bereichen erfolgt, wo Lücken zwischen den Kontaktflächen 3, 4 vorhanden sind. Durch die Volumenerhöhung der Aufwuchsschichten werden die Lücken geschlossen.
Die Oxidschichten 6, 9, 10 und 11 bilden nach dem Bonden gemeinsam eine Verbindungsschicht 14.
Diese Verbindungsschicht besteht in einer bevorzugten Ausführungsform nach der Reaktion mit Vorteil aus einem homogenen Material, das im Wesentlichen demselben TCO entspricht, aus dem die ursprünglich abgeschiedenen Oxidschichten 9,11 und 6 bestehen.
Verfahren zum Bonden von Substraten
B e z u g s z e i c h e n l i s t e
erstes Substrat
zweites Substrat
erste Kontaktfläche
zweite Kontaktfläche
Reservoir
Erste Oxidschicht
Erster Halbleiter
Erster Träger
Vierte Oxidschicht
Dritte Oxidschicht
Zweite Oxidschicht
Zweiter Halbleiter
Zweiter Träger
Verbindungs Schicht

Claims

Verfahren zum Bonden von Substraten P a t e n t an s p rü c h e
1. Verfahren zum Bonden einer ersten Kontaktfläche (3) eines ersten, zumindest überwiegend transparenten Substrats (1) mit einer zweiten Kontaktfläche (4) eines zweiten, zumindest überwiegend transparenten Substrats (2), wobei an mindestens einer der Kontaktflächen (3, 4) zum Bonden ein Oxid verwendet wird, aus dem eine zumindest überwiegend transparente Verb indungs Schicht ( 14) mit:
einer elektrischen Leitfähigkeit von mindestens lOel S/cm2 (Messung: Vierpunktmethode, bezogen auf Temperatur von 300K) und
einem optischen Transmissionsgrad größer 0,8 (für einen
Wellenlängenbereich von 400 nm bis 1500 nm)
an der ersten und zweiten Kontaktfläche (3, 4) ausgebildet wird.
Verfahren zum Herstellen eines ersten Substrats (1) mit einer ersten Kontaktfläche (3) zum Bonden mit einer zweiten Kontaktfläche (4) eines zweiten Substrats (2), wobei auf das erste Substrat (1) eine erste Oxidschicht (6) mit:
einer elektrischen Leitfähigkeit von mindestens lOel S/cm2 (Messung: Vierpunktmethode, bezogen auf Temperatur von 300K) und
einem optischen Transmissionsgrad größer 0,8 (für einen
Wellenlängenbereich von 400 nm bis 1500 nm)
aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Kontaktfläche (3), insbesondere vor der Kontaktierung, plasmaaktiviert wird.
Verfahren zum Herstellen eines zweiten Substrats (2) mit einer zweiten Kontaktfläche (4) zum Bonden mit einer ersten Kontaktfläche (3) eines ersten Substrats (1), mit folgenden Schritten, insbesondere folgendem Ablauf:
Aufbringen einer zweiten Oxidschicht (11) auf das zweite
Substrat (2),
Aufbringen einer dritten Oxidschicht (10) auf die zweite
Oxidschicht (11), wobei die dritte Oxidschicht (10) ein
Sauerstoffvolumen Si aufweist, das kleiner 70% des maximalen Sauerstoffvolumens Smax der dritten Oxidschicht ( 10) ist und Aufbringen einer vierten Oxidschicht (9) auf die dritte
Oxidschicht (10). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Oxid oder eine oder mehrere der Oxidschichten (6, 9, 10, 11), insbesondere als Dotierung, mindestens eines der folgenden
Bestandteile enthält:
Indium,
Zinn,
Aluminium,
Zink,
Gallium,
Fluor oder
Antimon.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Oxid oder eine oder mehrere der Oxidschichten (6, 9, 10, 11 ) durch eines der nachfolgend aufgeführten Verfahren aufgebracht werden:
Metalorganic Chemical Vapor Deposition (Metallorganische
Chemische Gasphasenabscheidung),
Metal Organic Molecular Beam Deposition (Metallorganische Molekular Strahl Abscheidung),
Spray Pyrolyse (Sprühpyrolyse),
Pulsed Laser Deposition (Laserstrahlverdampfen) oder Aufsputtern
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT520249A5 (de) * 2014-08-29 2019-02-15 Ev Group E Thallner Gmbh Verfahren zur Herstellung eines leitenden Mehrfachsubstratstapels

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016104280A1 (de) * 2016-03-09 2017-09-14 Osram Opto Semiconductors Gmbh Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines Bauelements
US12094849B2 (en) * 2021-07-22 2024-09-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Atomic layer deposition bonding layer for joining two semiconductor devices

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1798774A2 (de) * 2005-12-13 2007-06-20 The Boeing Company Solarzelle mit mehreren PN-Übergängen und transparenter leitender Zwischenschicht
WO2009136863A1 (en) * 2008-05-06 2009-11-12 Agency For Science, Technology And Research An electrically conducting structure for a light transmissible device
US20100187555A1 (en) * 2005-06-17 2010-07-29 The Regents Of The University Of California (Al,Ga,In)N AND ZnO DIRECT WAFER BONDED STRUCTURE FOR OPTOELECTRONIC APPLICATIONS, AND ITS FABRICATION METHOD

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4174581B2 (ja) * 2002-10-23 2008-11-05 信越半導体株式会社 発光素子の製造方法
US7041529B2 (en) * 2002-10-23 2006-05-09 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Light-emitting device and method of fabricating the same
FR2884966B1 (fr) * 2005-04-22 2007-08-17 Soitec Silicon On Insulator Procede de collage de deux tranches realisees dans des materiaux choisis parmi les materiaux semiconducteurs
JP2008112847A (ja) * 2006-10-30 2008-05-15 Shin Etsu Chem Co Ltd 単結晶シリコン太陽電池の製造方法及び単結晶シリコン太陽電池
KR101000057B1 (ko) * 2008-02-04 2010-12-10 엘지전자 주식회사 다층 투명전도층을 구비한 태양전지 이의 제조방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100187555A1 (en) * 2005-06-17 2010-07-29 The Regents Of The University Of California (Al,Ga,In)N AND ZnO DIRECT WAFER BONDED STRUCTURE FOR OPTOELECTRONIC APPLICATIONS, AND ITS FABRICATION METHOD
EP1798774A2 (de) * 2005-12-13 2007-06-20 The Boeing Company Solarzelle mit mehreren PN-Übergängen und transparenter leitender Zwischenschicht
WO2009136863A1 (en) * 2008-05-06 2009-11-12 Agency For Science, Technology And Research An electrically conducting structure for a light transmissible device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SUGA T ET AL: "Combined process for wafer direct bonding by means of the surface activation method", ELECTRONIC COMPONENTS AND TECHNOLOGY, 2004. ECTC '04. PROCEEDINGS LAS VEGAS, NV, USA JUNE 1-4, 2004, PISCATAWAY, NJ, USA,IEEE, vol. 1, 1 June 2004 (2004-06-01), pages 484 - 490, XP010714714, ISBN: 978-0-7803-8365-4, DOI: 10.1109/ECTC.2004.1319383 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT520249A5 (de) * 2014-08-29 2019-02-15 Ev Group E Thallner Gmbh Verfahren zur Herstellung eines leitenden Mehrfachsubstratstapels
US10243094B2 (en) 2014-08-29 2019-03-26 Ev Group E. Thallner Gmbh Method for producing a conductive multiple substrate stack
AT520249B1 (de) * 2014-08-29 2022-09-15 Ev Group E Thallner Gmbh Verfahren zur Herstellung eines leitenden Mehrfachsubstratstapels

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